Evaluación de las respuestas del huésped-patógeno y eficacia de la vacuna en ratones
Summary
Aquí presentamos un elegante protocolo para la evaluación en vivo de la vacuna eficacia y anfitrión inmunorespuestas. Este protocolo puede ser adaptado para modelos de vacuna que estudian viral, bacteriana o parásitos patógenos.
Abstract
Las vacunas son una 20 maravilla médica de sigloXX . Han reducido considerablemente la morbilidad y la mortalidad causada por enfermedades infecciosas y contribuyó a un notable aumento esperanza de vida alrededor del mundo. Sin embargo, determinar la eficacia de la vacuna sigue siendo un desafío. Emergentes de la evidencia sugieren que la actual vacuna acelular (aPV) para Bordetella pertussis (B. pertussis) induce inmunidad subóptima. Por lo tanto, un reto es diseñar una vacuna de nueva generación que induce inmunidad protectora sin los efectos secundarios adversos de una vacuna de células enteras (wPV). Aquí se describe un protocolo que se utilizó para probar la eficacia de un coadyuvante prometedor, la novela que sesga las respuestas inmunes a un fenotipo Th1/Th17 protección y promueve una mejor separación de un desafío B. pertussis en el tracto respiratorio murine. Este artículo describe el protocolo para la inmunización del ratón, inoculación bacteriana, tejidos y análisis de la respuesta inmune. Usando este método, dentro de nuestro modelo, hemos aclarado con éxito mecanismos cruciales provocados por una vacuna de tos ferina acelular prometedor, de última generación. Este método puede ser aplicado a cualquier modelo de enfermedad infecciosa para determinar la eficacia de la vacuna.
Introduction
Las vacunas representan uno de los mayores logros de salud pública del siglo XX, sin embargo, todavía no entendemos los mecanismos por el cual las vacunas exitosas estimulan inmunidad protectora. La identificación de firmas moleculares (ej., marcadores de activación de la célula, expansión de subtipos celulares y los patrones de expresión génica) inducida después de la vacunación proporciona una gran cantidad de información para predecir y generar una eficaz respuesta inmune. La complejidad de las respuestas del huésped-patógeno no puede replicarse adecuadamente usando in vitro de la célula cultura sistemas1. En vivo vacuna modelos están diseñados para evaluar concomitante varios tipos de células inmunitarias en el host. Esto proporciona una ventaja al caracterizar el procesamiento de antígeno de vacuna y presentación, secreción de citocinas diferencial y expansión de células inmunes. El protocolo descrito aquí proporciona un método detallado para determinar la eficacia de la vacuna a través de la evaluación de la respuesta inmune local y sistémica y la cuantificación de la carga del patógeno en los tejidos de interés. El ejemplo proporcionado aquí pruebas de la eficacia de una vacuna experimental para el patógeno Bordetella pertussis (B. pertussis).
B. pertussis es una bacteria gram negativa que es el agente etiológico de la enfermedad respiratoria tos ferina (pertusis)2,3. Contacto cercano con personas infectadas (sintomáticas o asintomáticas) conduce a la transmisión, la colonización y la enfermedad. A pesar de vacuna global significativa cobertura4, la tos ferina es considerada una resurgimiento de la enfermedad en muchas naciones del mundo y es una causa importante de muertes infantiles prevenibles5,6,7, 8. en el año 2015, B. pertussis y la tos ferina se incluyeron en el Instituto Nacional de alergias y enfermedades infecciosas (NIAID) emergentes lista de patógenos/enfermedades infecciosas, haciendo hincapié en la necesidad de desarrollo de una vacuna mejor que confiere inmunidad protectora de larga duración.
Actualmente, un área activa de investigación para controlar la reaparición de la tos ferina es desarrollo de una vacuna de tos ferina acelular de última generación (aPV) con una combinación óptima de nuevos adyuvantes y antígenos para imitar la respuesta inmune provocada por los celulares tos ferina vacuna (wPV)9. Utilizando el protocolo descrito, recientemente informó que la modificación de un actual aprobado por la FDA aPV por la adición de un nuevo adyuvante, factor de colonización de Bordetella A (BcfA), dio lugar a la reducción más eficiente de la carga bacteriana de B. pertussis de los pulmones de ratón de10,11. Esta protección fue acompañada por el sesgo de una respuesta inmunitaria en Th1/Th2 con alum-inducida a la más protectora de perfil inmune Th1/Th1710. Este protocolo es detallada y completa, lo que permite al investigador a obtener la máxima información a través de una evaluación concomitante de acogida y respuesta inmunitaria a una variedad de patógenos.
El protocolo descrito aquí sigue el calendario de vacuna representativas, que se muestra en la figura 1, para asegurar la óptima anfitrión inmunorespuestas.
Protocol
Representative Results
Discussion
El protocolo completo que se describe aquí para estudiar la inmunidad inducida por la vacuna a la infección por B. pertussis también permitirá la evaluación de las respuestas del anfitrión a una variedad de otros patógenos. El protocolo describe métodos para entregar vacunas, determinar el siguiente de eficacia de vacuna desafío patógeno y disección paralela de la función inmune. En la adaptación del protocolo para el estudio de otros patógenos, varios parámetros tendría que modificarse. Éstos i…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabajo fue financiado por los fondos de 1R01AI125560-01 y puesta en marcha de la Universidad Estatal de Ohio.
Materials
| 2L induction chamber | Vet Equip | 941444 | |
| Fluriso | Vet One | V1 501017 | any brand is appropriate |
| Bordet Gengou Agar Base | BD bioscience | 248200 | |
| Casein | Sigma | C-7078 | |
| Casamino acids | VWR | J851-500G | Strainer Scholte (SS) media components |
| L-Glutamic acid | Research Products Int | G36020-500 | |
| L-Proline | Research Products Int | P50200-500 | |
| Sodium Chloride | Fisher | BP358-10 | |
| Potassium Phosphate monobasic | Fisher | BP362-1 | |
| Potassium Chloride | Fisher | P217-500 | |
| Magnesium Chloride hexahydrate | Fisher | M2670-500G | |
| Calcium Chloride | Fisher | C75-500 | |
| Tris base | Fisher | BP153-1 | |
| L-cysteine HCl | Fisher | BP376-100 | SS media suplements |
| Ferrous Sulfate heptahydrate | Sigma | F-7002 | |
| Niacin | Research Products Int | N20080-100 | |
| Glutathione | Research Products Int | G22010-25 | |
| Ascorbic acid | Research Products Int | A50040-500 | |
| RPMI 1640 | ThermoFisher Scientific | 11875093 | |
| FBS | Sigma | F2442-500mL | any US source, non-heat inactivated |
| gentamicin | ThermoFisher Scientific | 15710064 | |
| B-mercaptoethanol | Fisher | BP176-100 | |
| 15mL dounce tissue grinder | Wheaton | 357544 | any similar brand is appropriate |
| Cordless Hand Homogenizer | Kontes/Sigma | Z359971-1EA | any similar brand is appropriate |
| Instruments – scissors, curve scissors, forceps, fine forceps, triangle spreaders | any brand is appropriate | ||
| 3mL syringes | BD bioscience | 309657 | |
| 15mL conical tubes | Fisher | 339651 | |
| 1.5mL microfuge tubes | Denville | C2170 | |
| 70um cell strainers | Fisher | 22363548 | |
| 60mm plates | ThermoFisher Scientific | 130181 | |
| 48-well tissue culture plates | ThermoFisher Scientific | 08-772-1C | |
| 1mL insulin syringe 28G1/2 | Fisher Scientific/Excel Int. | 14-841-31 | |
| Mouse IFN-gamma ELISA Ready-SET-Go! Kit | Invitrogen / eBioscience | 50-173-21 | |
| Mouse IL-17 ELISA Ready-SET-Go! Kit | Invitrogen / eBioscience | 50-173-77 | |
| Mouse IL-5 ELISA Ready-SET-Go! Kit | Invitrogen / eBioscience | 50-172-09 |
References
- Tacken, P. J., Figdor, C. G. Targeted antigen delivery and activation of dendritic cells in vivo: steps towards cost effective vaccines. Seminars in Immunology. 23 (1), 12-20 (2011).
- Kilgore, P. E., Salim, A. M., Zervos, M. J., Schmitt, H. J. Pertussis: Microbiology, Disease, Treatment, and Prevention. Clinical Microbiology Reviews. 29 (3), 449-486 (2016).
- Dorji, D., et al. Bordetella Pertussis virulence factors in the continuing evolution of whooping cough vaccines for improved performance. Medical Microbiology and Immunology. 207 (1), 3-26 (2018).
- Feldstein, L. R., et al. Global Routine Vaccination Coverage, 2016. Morbidity and Mortality Weekly Report. 66 (45), 1252-1255 (2017).
- Cherry, J. D. Epidemic pertussis in 2012–the resurgence of a vaccine-preventable disease. New England Journal of Medicine. 367 (9), 785-787 (2012).
- Celentano, L. P., et al. Resurgence of pertussis in Europe. The Pediatric Infectious Disease Journal. 24 (9), 761-765 (2005).
- McNabb, S. J., et al. Summary of notifiable diseases. Morbidity and Mortality Weekly Report p. 54 (53), 1-92 (2007).
- Sealey, K. L., Belcher, T., Preston, A. Bordetella pertussis epidemiology and evolution in the light of pertussis resurgence. Infection, Genetics, and Evolution. 40, 136-143 (2016).
- Warfel, J. M., Merkel, T. J. The baboon model of pertussis: effective use and lessons for pertussis vaccines. Expert Reviews of Vaccines. 13 (10), 1241-1252 (2014).
- Jennings-Gee, J., et al. The adjuvant Bordetella Colonization Factor A attenuates alum-induced Th2 responses and enhances Bordetella pertussis clearance from mouse lungs. Infection and Immunity. , (2018).
- Sukumar, N., Mishra, M., Sloan, G. P., Ogi, T., Deora, R. Differential Bvg phase-dependent regulation and combinatorial role in pathogenesis of two Bordetella paralogs, BipA and BcfA. Journal of Bacteriology. 189 (10), 3695-3704 (2007).
- Stainer, D. W., Scholte, M. J. A simple chemically defined medium for the production of phase I Bordetella pertussis. Journal of General Microbiology. 63 (2), 211-220 (1970).
- Bordet, J. Le microbe de le coqueluche. Annales de l’Institut Pasteur. 20, 731-741 (1906).
- Cook, M. J. . The Anatomy of the Laboratory Mouse. , (1965).
- Sutton, S. Accuracy of Plate Counts. Journal of Validation Techniques. 17 (3), 42-46 (2011).
- Conover, M. S., Sloan, G. P., Love, C. F., Sukumar, N., Deora, R. The Bps polysaccharide of Bordetella pertussis promotes colonization and biofilm formation in the nose by functioning as an adhesin. Molecular Microbiology. 77 (6), 1439-1455 (2010).
- Cattelan, N., Jennings-Gee, J., Dubey, P., Yantorno, O. M., Deora, R. Hyperbiofilm Formation by Bordetella pertussis Strains Correlates with Enhanced Virulence Traits. Infection and Immunity. 85 (12), (2017).
- Andreasen, C., Carbonetti, N. H. Pertussis toxin inhibits early chemokine production to delay neutrophil recruitment in response to Bordetella pertussis respiratory tract infection in mice. Infection and Immunity. 76 (11), 5139-5148 (2008).
- Mills, K. H., Gerdts, V. Mouse and pig models for studies of natural and vaccine-induced immunity to Bordetella pertussis. Journal of Infectious Diseases. 209, 16-19 (2014).
- Dunne, A., et al. A novel TLR2 agonist from Bordetella pertussis is a potent adjuvant that promotes protective immunity with an acellular pertussis vaccine. Mucosal Immunology. 8 (3), 607-617 (2015).
- Denoel, P., Godfroid, F., Guiso, N., Hallander, H., Poolman, J. Comparison of acellular pertussis vaccines-induced immunity against infection due to Bordetella pertussis variant isolates in a mouse model. Vaccine. 23 (46-47), 5333-5341 (2005).
- Marr, N., et al. Protective activity of the Bordetella pertussis BrkA autotransporter in the murine lung colonization model. Vaccine. 26 (34), 4306-4311 (2008).
- Feunou, P. F., Bertout, J., Locht, C. T- and B-cell-mediated protection induced by novel, live attenuated pertussis vaccine in mice. Cross protection against parapertussis. PLoS One. 5 (4), 10178 (2010).
- Mills, K. H., Ryan, M., Ryan, E., Mahon, B. P. A murine model in which protection correlates with pertussis vaccine efficacy in children reveals complementary roles for humoral and cell-mediated immunity in protection against Bordetella pertussis. Infection and Immunity. 66 (2), 594-602 (1998).
- Higgs, R., Higgins, S. C., Ross, P. J., Mills, K. H. Immunity to the respiratory pathogen Bordetella pertussis. Mucosal Immunology. 5 (5), 485-500 (2012).
- Alving, C. R. Design and selection of vaccine adjuvants: animal models and human trials. Vaccine. 20, 56-64 (2002).
- Ipp, M. M., et al. Adverse reactions to diphtheria, tetanus, pertussis-polio vaccination at 18 months of age: effect of injection site and needle length. Pediatrics. 83 (5), 679-682 (1989).
- Fessard, C., Riche, O., Cohen, J. H. Intramuscular versus subcutaneous injection for hepatitis B vaccine. Vaccine. 6 (6), 469 (1988).
- Bergeson, P. S., Singer, S. A., Kaplan, A. M. Intramuscular injections in children. Pediatrics. 70 (6), 944-948 (1982).
- Zhang, L., Wang, W., Wang, S. Effect of vaccine administration modality on immunogenicity and efficacy. Expert Review of Vaccines. 14 (11), 1509-1523 (2015).
- Ross, P. J., et al. Relative Contribution of Th1 and Th17 Cells in Adaptive Immunity to Bordetella pertussis: Towards the Rational Design of an Improved Acellular Pertussis Vaccine. PLoS Pathogens. 9 (4), 1003264 (2013).
- Warfel, J. M., Zimmerman, L. I., Merkel, T. J. Acellular pertussis vaccines protect against disease but fail to prevent infection and transmission in a nonhuman primate model. Proceedings of the National Academy of Sciences USA. 111 (2), 787-792 (2014).
- Allen, A. C., et al. Sustained protective immunity against Bordetella pertussis nasal colonization by intranasal immunization with a vaccine-adjuvant combination that induces IL-17-secreting TRM cells. Mucosal Immunology. , (2018).
- Solans, L., et al. IL-17-dependent SIgA-mediated protection against nasal Bordetella pertussis infection by live attenuated BPZE1 vaccine. Mucosal Immunology. , (2018).
- Miller, M. A., et al. Visualization of murine intranasal dosing efficiency using luminescent Francisella tularensis: effect of instillation volume and form of anesthesia. PLoS One. 7 (2), 31359 (2012).
- Sato, Y., Izumiya, K., Sato, H., Cowell, J. L., Manclark, C. R. Aerosol infection of mice with Bordetella pertussis. Infection and Immunity. 29 (1), 261-266 (1980).
- Warfel, J. M., Beren, J., Merkel, T. J. Airborne transmission of Bordetella pertussis. Journal of Infectious Diseases. 206 (6), 902-906 (2012).
- Scanlon, K. M., Snyder, Y. G., Skerry, C., Carbonetti, N. H. Fatal Pertussis in the Neonatal Mouse Model Is Associated with Pertussis Toxin-Mediated Pathology beyond the Airways. Infection and Immunity. 85 (11), (2017).
- Martinez de Tejada, G., et al. Neither the Bvg- phase nor the vrg6 locus of Bordetella pertussis is required for respiratory infection in mice. Infection and Immunity. 66 (6), 2762-2768 (1998).
- Higgins, S. C., Jarnicki, A. G., Lavelle, E. C., Mills, K. H. TLR4 mediates vaccine-induced protective cellular immunity to Bordetella pertussis: role of IL-17-producing T-cells. Journal of Immunology. 177 (11), 7980-7989 (2006).
- Mahon, B. P., Brady, M. T., Mills, K. H. Protection against Bordetella pertussis in mice in the absence of detectable circulating antibody: implications for long-term immunity in children. Journal of Infectious Diseases. 181 (6), 2087-2091 (2000).
- Karlsson, A. C., et al. Comparison of the ELISPOT and cytokine flow cytometry assays for the enumeration of antigen-specific T-cells. Journal of Immunological Methods. 283 (1-2), 141-153 (2003).
- Hagen, J., et al. Comparative Multi-Donor Study of IFNgamma Secretion and Expression by Human PBMCs Using ELISPOT Side-by-Side with ELISA and Flow Cytometry Assays. Cells. 4 (1), 84-95 (2015).
- Raeven, R. H. M., et al. Molecular and cellular signatures underlying superior immunity against Bordetella pertussis upon pulmonary vaccination. Mucosal Immunology. 11 (3), 1009 (2018).
